تونل ها در اصل به عنوان بخشی از سیستم های انتقال آب و فاضلاب ساخته شده اند و قدمت آنها به دوران امپراتوری روم برمی گردد. اولین استفاده آنها برای حمل و نقل به عنوان بخشی از سیستم های کانال در قرن 17 بود. با توسعه راه آهن در قرن 19 و خودروها در قرن 20 ، تونل ها طولانی تر و پیچیده تر شدند. متداول ترین روش ها برای ساخت تونل ها روش برش و روکش ، روش لوله غوطه ور یا استفاده از دستگاه حفر تونل است.
مراحل
قسمت 1 از 4: عواملی که باید در ساخت تونل مورد توجه قرار گیرد
مرحله 1. محل تونل را در نظر بگیرید
محل تونل پیشنهادی تعیین می کند که چه ابزارها و تکنیک هایی برای ساخت آن لازم است و برای استفاده مورد نظر آماده می شود. تونل ها را می توان به 3 نوع تقسیم کرد:
- تونل های زمین نرم این تونل ها برای جلوگیری از ریزش تونل نیاز به پشتیبانی در دهانه ها دارند. این تونل ها معمولاً کم عمق هستند و برای مترو ، انتقال آب و سیستم های حذف فاضلاب استفاده می شوند.
- تونل های سنگی این تونل ها از آنجا که از سنگ جامد حفر شده اند ، نیاز به پشتیبانی کمی دارند یا اصلاً پشتیبانی نمی کنند. تونل های قطار و ماشین معمولاً از این نوع هستند.
- تونل های زیر آب همانطور که از نامش مشخص است ، این تونل ها زیر رودخانه ها ، دریاچه ها ، کانال ها و در مورد تنگه های "Chunnel" ، مانند کانال انگلیسی ، قرار می گیرند. این سخت ترین تونل ها برای ساخت هستند ، زیرا آب باید در حین ساخت و بعد از آن از تونل دور نگه داشته شود.
- ساختن یک تونل در زیر یک شهر مشکلات مشابهی با یک تونل زیر آب ایجاد می کند ، زیرا زمین اطراف تونل تحت فشار ساختمانهای بالای آن تمایل به فرورفتن دارد. آگاهی از زمین شناسی منطقه به پیش بینی میزان افتادگی زمین کمک می کند و پیشنهاد می کند که چه روش هایی می تواند افتادگی را به حداقل برساند.
مرحله 2. مسیر تونل را در نظر بگیرید
حفر یک تونل با یک مسیر طولانی و منفرد با دستگاه خسته کننده تونل نسبتاً آسان است. تونل هایی که با این طرح متفاوت هستند مشکلاتی را ایجاد می کنند که ساخت آنها را پیچیده تر می کند.
- حباب تونل های کوتاه از ماشین های حفر تونل خالی نیست زیرا انجام این کار مقرون به صرفه نیست.
- تونل هایی که در قسمت های مختلف مسیر خود نیاز به قطر مختلف سوراخ دارند ، همچنین به دلیل تأخیر در تنظیم قطر سوراخ ، استفاده از ماشین خسته کننده تونل را غیر عملی می کند.
- تونل هایی که گوشه های تیز می چرخانند یا دارای محورهای متقاطع هستند نیز از یک ماشین خسته کننده غیر کاربردی استفاده می کنند.
مرحله 3. هدف تونل را در نظر بگیرید
اینکه تونل برای چه مواردی مورد استفاده قرار می گیرد ، تعیین می کند که قبل از به کار انداختن تونل ، چه کار اضافی لازم است.
- تونل هایی که مسافران را حمل می کنند نیاز به نوعی تهویه دارند. برای تونل های جاده ای ، این معمولاً به معنی شفت های تهویه برای جلوگیری از تجمع مونوکسید کربن است. برای تونل های راه آهن ، این می تواند به معنای تهویه هوای اجباری برای حذف اگزوز موتور دیزل باشد. در صورت بروز آتش سوزی در تونل ، هر دو روش تکمیلی برای مقابله با دود ایجاد شده دارند.
- تونل های پر استفاده ، مانند Big Dig در بوستون ، ممکن است دارای مراکز عملیاتی سرنشین دار مداوم با تجهیزات ویدئویی برای نظارت بر ترافیک داخل تونل و مقابله با شرایط اضطراری باشند.
- تونل های طولانی جاده ، مانند تونل آیزنهاور در کلرادو ، برای راحتی رانندگان و مسافران ممکن است با چراغ های بالای سر روشن شوند. سایر تونل های جاده ای ، مانند تونل های پارک ملی صهیون در یوتا ، ممکن است دارای برش های دیدنی باشند تا نور طبیعی در مکان هایی وارد تونل شود و چشم اندازهای اطراف را به مسافران نشان دهد.
- برخی از تونل ها ، مانند تونل کوئینز وی بین لیورپول و بیرکنهد ، انگلستان و تونل Lion Rock بین شا تین و نیو کولون در هنگ کنگ ، یک عرشه تردد مسافران فوقانی را با یک عرشه خدماتی پایین برای آب ، لوله یا کابل ترکیب می کنند. از تونل های دیگر مانند تونل SMART مالزی می توان برای کنترل ترافیک یا کنترل سیل استفاده کرد.
قسمت 2 از 4: با استفاده از روش برش و پوشش
مرحله 1. یک سنگر حفر کنید
ناحیه ای که تونل در آن قرار دارد به طور کامل حفر شده است و با اتمام تونل سقف تونل ایجاد و پوشانده می شود. این نوع تونل به یکی از دو روش ساخته شده است:
- پایین از بالا: ابتدا پشتیبانی زمینی ایجاد می شود ، سپس تونل در اطراف آن ایجاد می شود.
- از بالا به پایین: کناره ها و سقف تونل در سطح زمین ساخته شده و سنگر تونل در زیر آن حفر شده است.
- هر دو روش در درجه اول برای تونل های کم عمق استفاده می شود ، اگرچه روش بالا به پایین امکان حفر تونل های عمیق تر از روش پایین به بالا را فراهم می کند. تونل های عمیق تر اغلب با کمک سپر تونل حفر می شوند ، یک ساختار جعبه مانند با کرکره های کوچک برای حفاری. هنگامی که خاک جلوی سپر برداشته می شود ، سپر به جلو حرکت می کند تا حفاری را ادامه دهد.
مرحله 2. دیوارها و سقف تونل را ایجاد کنید
دیوارها و سقف تونل را می توان همزمان با حفر تونل ایجاد کرد یا ممکن است از قبل ساخته شده و همزمان با حفر تونل در محل قرار گیرد. مواد امروز شامل موارد زیر است:
- طاق های فولادی راه راه.
- طاق های بتنی پیش ساخته
- دیوارهای بتنی پیش ساخته
- بتن ریخته یا اسپری شده. اغلب ، این مورد همراه با یکی از روشهای قوس تشکیل شده استفاده می شود.
مرحله 3. تونل را تکمیل کنید
نحوه انجام این کار بستگی به این دارد که از روش پایین به بالا یا بالا به پایین استفاده شده است.
- تونل هایی که با روش پایین به بالا ایجاد می شوند باید پشت سر گذاشته شوند تا سقف تونل را بپوشانند و هر سطحی که قرار است در بالای سقف تونل وجود داشته باشد ساخته یا بازسازی شود.
- تونل هایی که با روش بالا به پایین ایجاد شده اند در زیر جایی که دیوارها و سقف تونل نصب شده است ، حفر می شوند و سپس یک تخته پایه ، که به عنوان کف تونل عمل می کند ، ایجاد می شود.
قسمت 3 از 4: استفاده از لوله های غوطه ور
مرحله 1. هنگامی که تونل حرکت می کند ، یک سنگر را حفاری کنید
این روش مشابه روش برش و پوشش است ، اما برای حفر تونل های زیر آب استفاده می شود. ترانشه باید به طول طولی که تونل در زیر آب اجرا می شود ، ادامه دهد.
مرحله 2. یک سری لوله های فولادی را در طول ترانشه قرار دهید
هر یک از لوله ها در دو طرف با یک دیواره محکم می شوند. اگر لوله برای تونل ماشین است ، مانند مورد تونل تد ویلیامز در بوستون ، لوله ها شامل بخشهای جاده ای از پیش ساخته شده هستند.
مرحله 3. لوله را به اندازه کافی پر کنید تا فشار آب بالای آن را تحمل کند
برای تونل تد ویلیامز ، این یک لایه از سنگ به ضخامت 5 فوت (1.5 متر ضخامت) بود.
مرحله 4. لوله ها را با برداشتن دیوارهای جدا شده وصل کنید
هر قسمت جاده ای یا ریلی که در لوله ها تعبیه شده است نیز در این زمان متصل می شود.
قسمت 4 از 4: استفاده از دستگاه خسته کننده تونل
مرحله 1. دستگاه تونل زنی مناسب برای کار را انتخاب کنید
ماشینهای خسته کننده تونل ، که TBM به اختصار یا خال نامیده می شوند ، دارای صفحات دایره ای شکل در جلو هستند که سپر نامیده می شوند. برش های دیسک شکل روی سپر از طریق سنگ و خاک پاره می شوند ، که از طریق دهانه های سپر بر روی یک نوار نقاله در داخل TBM عبور می کند و آن را در پشت دستگاه قرار می دهد.
- انواع سپرهای TBM بسته به اینکه خال در خاک نرم ، مرطوب یا سنگ سخت حفاری می کند ، متفاوت است. قطر سپر از سپر 26.3 فوت (8.03 متری) آکر ویرث در TBM آن که برای نیروگاههای لینت-لیمرن سوئیس استفاده می شود تا قطر "Big Bertha" هیتاچی زوسن با قطر 57.5 فوت (17.5 متر) متغیر است.
- خال هایی که برای حفر تونل در زیر سطح آب طراحی شده اند دارای محفظه هایی در قسمت جلویی هستند که به زمین در حال حفاری فشار وارد می کند.
- برای مشاغل بزرگ ، ممکن است از چندین TBM استفاده شود. تونل کانال 11 مورد نیاز است.
مرحله 2. دستگاه را در موقعیت خود قرار دهید
برای یک تونل سطح ، هیچ مشکلی وجود ندارد. اگر قرار است تونل در عمق زیرزمینی حفر شود ، یک شفت دسترسی ، معمولاً مدور ، حفر شده و با بتن پوشانده شده است. TBM در آن فرو می رود و تونل از آن نقطه حفاری می شود.
- برای تونل های طولانی ، شفت های دسترسی متعدد حفر می شوند.
- هنگامی که تونل به پایان رسید ، شفت های دسترسی ممکن است به محورهای تهویه و/یا خروجی های اضطراری تبدیل شوند. اگر آنها چندان شاغل نباشند ، برای عمر تونل در محل خود باقی می مانند.
مرحله 3. هنگام حفر کردن دستگاه ، از تونل پشتیبانی می کند
قطعاتی از بتن پیش ریخته شده در پشت TBM نصب می شوند تا در فواصل از پیش تعیین شده حلقه ایجاد کنند.
مرحله 4. بین حلقه های نگهدارنده روی دیوارهای حفاری شده بتن اسپری کنید
بتن پاشیده یا شاتکریت دیوارهای تونل را می پوشاند و تثبیت می کند. شاتکریت ممکن است شامل الیاف فولادی یا پلی پروپیلن برای تقویت آن باشد ، همانطور که میلگرد فولادی برای تقویت بتن ریخته گری استفاده می شود. شاتکریت همچنین دارای یک شتاب دهنده است که به دیواره تونل می چسبد و سریع خشک می شود.
نکات
- حفر چاله ها و استفاده از مواد منفجره در تونل های اولیه از طریق سنگ حفر می شد: ابتدا پودر سیاه و بعداً دینامیت. تکیه گاههای موقت قابهای چوبی ساخته می شود و آجر و سنگ تراشی جایگزین آنها می شود. تونل های بعدی از حلقه های چدنی قطعه قطعه شده استفاده می کردند که به جای چوب و سنگ تراشی به هم پیچ شده بودند.
- تونل ها را می توان با استفاده از جک ها برای فشار دادن لوله یا لوله یا بیل مکانیکی جعبه ای با سر برش ، از طریق خاک نرم حفاری کرد. تونل های لوله دار باریک هستند ، قطر آنها بیش از 10.5 فوت (3.2 متر) نیست ، در حالی که تونل های لوله دار می توانند به عرض 65.6 فوت (20 متر) برسند.
